Материал: Электромагнитная совместимость радиотехнических систем. лабораторный практикум. Федоров С.М., Ищенко Е.А

С. М. Федоров, Е. А. Ищенко, М. А. Сиваш

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Лабораторный практикум

Воронеж 2020

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

С. М. Федоров, Е. А. Ищенко, М. А. Сиваш

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Лабораторный практикум

Воронеж 2020

ВВЕДЕНИЕ

С ростом частоты работы электронных устройств огромную роль во вносимых потерях начинают играть излучения электромагнитного поля, это приводит к необходимости изучения проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) печатных плат. Например, необходимо стремиться свести к минимуму индуктивность дорожек печатных плат, ведь их сопротивление значительно увеличивается с ростом частоты; или, например, существует необходимость уменьшать ширину дорожек, это позволит уменьшить геометрические размеры печатной платы. Изучение этой сферы требует много времени, к тому же, ситуация усложняется тем, что существует очень мало научных источников, которые описывают проблемы ЭМС и объясняют, как оптимизировать конструкцию для уменьшения потерь.

Также всегда стоит помнить о характеристиках диэлектрика, который используется, как подложка для печатной платы, так как у разных материалов различные магнитные и диэлектрические постоянные, которые изменяются с ростом частот протекания тока. Отдельное внимание стоит уделять заземлению на печатных платах, так как обрыв заземляющей цепи приводит к прекращению работы устройства, а на многослойных платах ремонт становится практически невозможным.

Все электрические и электронные устройства генерируют электромагнитные помехи и чувствительны к ним. Одна из важнейших задач разработчика печатных плат – снизить такое генерирование полей и их восприимчивость до приемлемого уровня. С ростом использования систем на кристалле (SoC) требования к помехам выходят на новый уровень, размеры печатных плат стараются свести к минимуму, а также, в связи со стремлением удешевить компоненты, производители используют пластиковые корпуса, которые не обеспечивают экранирования, и ухудшают теплоотвод от работающего элемента.

Поэтому особо важно изучать ЭМС на печатных платах, так как наводки, которые способны произвести электромагнитное поле могут вызвать ложное срабатывание компонента, может произойти замыкание схемы, а впоследствии – выход элемента из строя.

Авторы постарались выдержать сжатость и доходчивость изложения базовых теоретических сведений и лабораторных практикумов, необходимых для изучения дисциплины и получения студентами практических навыков при изучении электромагнитной совместимости радиотехнических систем.

Иллюстрации, приведенные в лабораторном практикуме, сделаны автором Е. А. Ищенко.

3

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗРАБОТКЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

1.1. Единицы измерения при проектировании печатных плат (метрическая и английская системы)

Одной из первых проблем, с которой сталкивается разработчик печатной платы, является использование «мил» вместо миллиметров, так как данные единицы измерения изначально используются во всем профессиональном программном обеспечении по проектированию печатных плат. Это связано не только с историческими предпосылками проектирования печатных плат (одни из первых печатных плат делал Томас Эдисон – основатель General Electric, США.), а также с тем, что большинство электронных компонентов изготавливаются с имперским межосевым расстоянием. Это может привести к сложности проектирования, так как перевод единиц измерения является достаточно трудоемким занятием и способен привести к неточностям и ошибкам в процессе производства печатной платы.

В английской литературе, как привило, знакомство с единицами измерения при проектировании печатных плат начинается с фразы: «thou shall use thous». Если ее дословно перевести на русский язык, то мы получим: «Ты должен использовать thous», это игра слов, так как раньше thou – обозначало ты, а добавления окончания «s» – множественное число. Данное высказывание звучит немного странно, пока разработчик не узнает о том, что такое «thou».

«Thou» составляет 1/1000 дюйма, и эта единица является самой главной и признанной всеми разработчиками печатных плат в мире. В современном программном обеспечении используют другое название данной величины – «мил» (mil). 1 mil = 1 thou и его ни в коем случае нельзя путать с 1 миллиметром, который часто имеет схожее произношение! Термин «mil» происходит от одного миллидюйма также, как и миллиметр – одна тысячная метра. Но на практике очень часто приходится использовать как mil, так и мм. Как правило милы и с- пользуют для дорожек, площадок, промежутков между компонентов и сеток, в то время как, миллиметры используют для механических и производственных требований – размеры отверстий и самой платы. Вы обнаружите, что многие производители печатных плат будут следовать этим основным принципам, когда они просят вас предоставить подробности для предложения по изготовлению вашей платы. Большинство производителей используют сверла метрического размера, поэтому указание отверстий имперского размера действительно контрпродуктивно и может привести к ошибкам (так как 1 мм = 39,37 мил).

Еще больше трудностей создает то, что много компонентов имеет именно метрические характеристики (размеры, расстояние между ножками), особенно эта трудность возникает при использовании компонентов американского производства (Texas Instruments) и отечественного. Таким образом, Вам часто придется проектировать некоторые компоненты, используя метрические сетки и площадки. Многие таблицы характеристик компонентов также будут иметь метриче-

4